Чем отличается cbr от vbr

Чем отличается cbr от vbr

Часто у неискушенного (да и у искушенного) владельца видеорегистратора возникает вопрос: "Что же скрывается за аббревиатурами CBR и VBR в настройках канала записи?" Действительно, если с настройками видео всё понятно (720p, 1080N, 1080p — уже устоявшиеся в мире видеонаблюдения форматы), то с настройками аудио всё не так прозрачно.

Звук с подключенного к регистратору микрофона кодируется в формат MP3. На сегодняшний день формат MP3 является самым популярным форматом кодирования аудио файлов из всех существующих. Общепринято считать, что качество звуковой дорожки зависит от её битрейта, поэтому самый оптимальный битрейт для звуковой дорожки — 192 кбит/сек. Это утверждение, однако, является однобоким, ведь помимо битрейта качество звука зависит от кодека, в котором аудиозапись была записана.

Выделяют три основных типа кодирования MP3 файлов — это CBR, VBR и ABR. Тип ABR является промежуточным между остальными двумя и в видеонаблюдении не используется. Поэтому в данной статье рассмотрим только типы кодирования CBR и VBR.

CBR (Constant bitrate) расшифровывается как постоянный битрейт, который был задан пользователем при записи или кодировании и который не меняется в дальнейшем. То есть, независимо от типа данных (пусть даже вы записываете тишину) за 1 секунду кодируется постоянно количество бит, указанное пользователем. Следствием такого типа кодирования является громоздкие объемы полученных данных, которые нерационально используют дисковое пространство.

VBR (Variable bitrate) с английского переводится как изменяющийся (переменный) битрейт. При кодировке в VBR мы получаем файл, битрейт которого изменяется в зависимости от густоты потока данных (то есть, к примеру, битрейт тишины будет ниже, чем битрейт какого-либо звука). Такой тип кодирования продолжает совершенствоваться, достигая новых показателей амплитуды изменения битрейта потока данных. Основным минусом является то, что невозможно предугадать будущий размер кодируемого файла. Несмотря на это, данный минус никак не омрачит общую картину: размер файла получается меньше, чем при кодировании по типу CBR. Это получается за счёт того, что битрейт тишины или тихих звуков меньше. Очевидно, что данный формат является более приемлемым для задач видеонаблюдения, нежели CBR.

Работающие с кодеком h.264 IP-камеры могут иметь несколько режимов кодирования видеоизображения, вследствие чего размеры исходящих потоков могут сильно варьироваться и оказывать серьёзное влияние на работу видеокомплекса в целом. В статье разъясняется смысл работы наиболее распространённых режимов (CBR и VBR в разных модификациях), даются выводы по их применимости и советы проектировщикам.

Позволим себе смелое утверждение: IP-камера, извлечённая из коробки, являет собой полуфабрикат, непригодный для немедленного использования. В том смысле, что после физического подключения камеры почти всегда приходится заходить в ее веб-интерфейс и изменять установленные «по умолчанию» параметры под условия конкретной задачи и требования технического задания (ТЗ).

Проблема может быть в том, что в ТЗ не всегда в явном виде указано, что и как должно быть задано в параметрах камеры. Некоторые функции и параметры IP-камер могут быть не критичны и не иметь большого значения, но некоторые неявно вытекают из общих требований к системе и собственного опыта инсталлятора.

К числу таких неявных параметров относится режим кодирования, влияющий на размер потока. В общем случае IP-камера охранного видеонаблюдения с поддержкой MPEG4/H.264 имеет два режима кодирования: CBR и VBR. О них и поговорим.

Переменный? Постоянный? Или дефолтный?

На первый взгляд всё просто: в камере есть «дефолтные» настройки видеопотоков, отталкиваясь от которых проектировщик рассчитывает проект, инсталлятор этот проект исполняет.

Сложности начинаются сразу же: какого именно размера поток выдаёт камера «из коробки»? Достаточно ли его чтобы обеспечить приемлемое качество изображения? Что значит «переменный», как он меняется и когда? Вкратце мы уже говорили об этом в статье «Проблематика рынка современных IP-камер». Теперь рассмотрим режимы кодирования внимательнее.

Кодирование в режиме CBR

CBR (сокращение от «constant bit rate», в переводе — «постоянный поток данных», он же «сибиэр», он же «констант бит рэйт», он же «постоянный битрэйт») – означает, что камера выдаёт видеопоток одной и той же, не зависящей от других параметров величины (по факту может колебаться в пределах ±10%). Эта величина определяется в настройках камеры. По умолчанию разные производители для разных линеек камер ограничивают поток для CBR в районе 2-х, 3-х, 4-х Мбит/с.

Очевидно удобен тем, что под него легко посчитать требуемое дисковое пространство и подобрать коммутаторы. Подвох в том, что 10 к/с со средним размером кадра в 100 КБайт и 25 к/с со средним размером 40 Кбайт в итоге дают один и тот же поток. Какой вариант больше устроит? Меньшая скорость с лучшим качеством или среднее качество «живого видео»? А по какому варианту станет работать камера? Чтобы получить ответы, нужно обратить внимание на связанную с режимом CBR опцию задания пользователем приоритета (Priority). В итоге получим следующие сценарии работы:

  • приоритет скорости (speed или rate)
    В этом случае при усложнении картинки (прошли люди, проехал автомобиль, появились помехи или шумы из-за снижения освещенности) камера будет стараться сохранять заданную скорость и при достижении потоком заданной величины — увеличивать степень сжатия изображения с одновременным ухудшением качества. Ухудшение может оказаться весьма серьёзным, вплоть до грубых артефактов и полной неразборчивости картинки.
  • приоритет качества (quality)
    Теперь при усложнении картинки камера будет стремиться сохранять заданное качество изображения, а количество кадров в секунду при этом может уменьшаться (чтобы не выйти за заданный размер CBR). Визуально напоминает работу аналоговой камеры в режиме накопления кадров. Очевидный минус — риск пропустить что-то важное из-за понизившегося FPS.
  • приоритет одинаков (none)
    Означает, что одинаково важны как скорость, так и качество – и тогда при достижении заданного порога передачи данных ухудшаться будут оба параметра.
Читайте также:  Установка zip через adb

Тогда результат трудно предсказуем: потеряем мы в скорости, или в качестве.

Как видно, приходится идти на жертвы. Или не идти? А если поставить большой размер потока? Избыточный. С запасом. Скажем, поставить сразу 10 Мбит/с. Но следствием будет неоправданно большая стоимость сетевого оборудования (линии связи, высокопроизводительные коммутаторы) и высокая стоимость видеосерверов с большими дисковыми хранилищами.

Замечание:

режим CBR снижает максимальную нагрузку на сеть, но не снижает нагрузку на ЦП видеосервера, т.к. количество требуемых для работы видеоаналитики опорных кадров не изменяется. Настройки опорных кадров и настройки CBR/VBR в камерах не зависят друг от друга. Это важное замечание к расчету видеосервера, которое многие производители серверов не учитывают. В калькуляторе расчета серверов для систем IP-видеонаблюдения на нашем сайте озвученная выше особенность учтена.

Кодирование в режиме VBR

VBR (означает «variable bit rate», в переводе — «переменный поток данных», он же «вибиэр», он же «вариэйбл бит рэйт») – другой подход к формированию выходного потока. Работает так: в меню камеры задаётся конкретное значение качества изображения (степень сжатия), после чего поток генерируется «как есть», размером пропорционально сложности изображения. Хорошая освещённость, малое движение, неподвижная камера – и исходящий поток не превышает мегабит-другой. Если же ситуация начнёт меняться (пошли люди, поехали машины, замигали фонари или даже шум подрос из-за снижения освещённости) – видеопоток увеличится пропорционально, без «резки» скорости или качества. Однако, здесь другие сложности: VBR по определению по размеру вещь переменная и теоретически неограниченная (зависит только от производительности «начинки» камеры). Если камера является управляемой (т.н. PTZ), то при повороте или зуммировании поток возрастает в разы или даже на порядки. Возможные грустные последствия:

  • перегрузка сетевых соединений и/или коммутаторов, что влечёт застывания картинки, пропуски кадров и т.п.;
  • перегрузка видеосерверов (вплоть до зависаний) из-за чего данные могут остаться незаписанными, а видеоаналитика — вообще перестать работать;
  • система всё-таки справляется, но глубина архива уменьшается.

Во избежание значительных перегрузок многие производители наделили VBR настройкой, ограничивающей максимальный размер потока (кратко говоря, «ограничение сверху»). Это даст гарантию, что поток не вырастет выше определённой величины и именно от этой величины надо будет исходить при расчёте трафика. Рассчитывать же архивы следует исходя из среднего значения потока. Конкретную максимальную и среднюю величину можно определить либо калькуляторами производителей камер, имитирующими наблюдение обстановки, либо опытным путём. Либо можно обратиться в компанию Видеомакс, инженерный состав которой располагает обширным опытом работы с IP-наблюдением и охотно поможет с оценкой трафика и расчётом пропускной способности сети, в зависимости от наблюдаемой сцены и задачи.

Развитие технологии VBR. Zipstream, H.264+, Smart stream, Smart Coding и иже с ними

Ряд производителей совершенствует реализацию режима VBR в своих камерах, вырабатывая на его основе собственные «фирменные» технологии снижения трафика. Кратко эти технологии можно охарактеризовать как «очень умный VBR». Суть их всех в том, что автоматика камеры выделяет в пределах одного и того же кадра статичные и динамичные участки, производит их раздельное сжатие, а также «на лету» корректирует параметры потока в целом: меняет частоту опорных кадров, кол-во FPS и т.д. и т.п. У поворотных управляемых камер при этом учитывается наличие/отсутствие движения самой камеры (поворот, зум). Цель: максимально снизить поток без ущерба требуемой задаче, а она в 99% случаев — качественная фиксация и детализация движущихся объектов.

Читайте также:  Приложение фото с координатами ios

Реальная эффективность таких технологий зависит от интенсивности движения в поле зрения камеры, о чём мы рассказывали в нашем видеоролике:

Так что же выбрать: CBR или VBR?

CBR можно рекомендовать прежде всего при необходимости уложиться в твёрдо заданную и при том невысокую пропускную способность линии связи (когда перегружать канал нельзя ни в коем случае). Нередко применяется при работе в общей сети заказчика. Кроме того, CBR подходит для наблюдения мало изменяющихся объектов (например, помещение, одинаково освещённое днём-ночью-летом-зимой с одной и той же обстановкой в поле зрения камеры), особенно, если какое-нибудь конкретное ПО больше «любит» CBR и работает наиболее стабильно при использовании именно этого режима. И такое ПО действительно существует!

VBR с ограничением «сверху» (особенно «продвинутые» его варианты типа Zipstream) — естественный выбор для задач наблюдения, не привязанных жёстко к пропускным способностям IP-каналов. Позволяет получить качественное изображение с заданным темпом, вне зависимости от условий эксплуатации.

Это общие рекомендации, а частности мы свели в таблицу сравнения:

CBR VBR
Когда лучше использовать Ограничения пропускной способности линии связи. Универсальный выбор; требуется качество жёстко заданного уровня.
Расчёт сети Исходя от заданного размера потока. Исходя от заданного ограничения «сверху» (должно поддерживаться камерой!).
Расчёт архива Исходя от заданного размера потока. Исходя от среднего значения, получаемого опытным путем, либо на калькуляторах производителей для заданной сцены
Условия падения качества Задан приоритет скорости; недостаточен установленный размер потока Малый размер ограничения «сверху»
Условия падения скорости Задан приоритет качества; недостаточен установленный размер потока Малый размер ограничения «сверху»
Риск сокращения глубины архива Отсутствует. Высок, если среднее значение определено неверно.
Риск перегрузки сети Отсутствует. Высок, если ограничение «сверху» не задано.

Важно!

Функции ограничения VBR-потока и установки приоритета есть не у всех камер. Об этом – следующий раздел.Дополнение: богатая практика инженеров «Видеомакс» показывает, что в большом количестве задач и наблюдаемых сцен переход от использования CBR к VBR увеличивает глубину архива. Казалось бы, как так? Дело в том, что бо́льшие расходы дискового пространства при всплесках потока в VBR более чем компенсируются расходами малыми, когда наблюдаемая обстановка «успокаивается», и VBR-поток зачастую становится чуть ли не меньше самого маленького значения CBR, которое можно выставить в камере.

Где это в камерах?

Непростой и мало кем освещаемый момент: у разных производителей интерфейс и возможности настроек режимов потоков реализованы очень по-разному. Бывает, что общепринятые термины CBR и VBR вообще отсутствуют! В таких случаях следует ориентироваться на слова «constant», «fixed», «maximum», «bit rate», «encoder», «quality» и на окна ввода значений размеров потока. Далее – примеры реализации. Возможно, вы узнаете знакомые вам интерфейсы и поймете, что означают эти все настройки.

Здесь, если «галочка» у «enable» отсутствует, то камера работает в режиме VBR. Если «галочка» установлена, то камера работает в CBR с указанным размером потока. Функции ограничения потока «сверху» для VBR и функции задания приоритета «скорость или качество» у данной камеры нет.

В этой камере «Fixed quality» означает выбор режима VBR. Функций ограничения потока «сверху» для VBR и задания приоритета для CBR у данной камеры тоже нет.

Здесь есть всё: и «Constant. », и «Variable. », и приоритет выбрать можно, и ограничения. Даже пределы качества для CBR можно задавать. Думаем, многие узнали интерфейс настройки одного из лидеров в производстве камер для IP-видеонаблюдения.

В данном случае, CBR обозначен как «Constant Bitrate Control», VBR — как «Variable Bitrate Control». Ограничить VBR «сверху» можно через параметр «Enable Rate Limit». Выбора приоритета «скорость или качество» нет.

У этой камеры выбор режима CBR/VBR находится в строке «Encoder Mode». Виден ограничитель («Maximum Bitrate»), но возможности его изменить нет. Зато есть «комбинированный» CVBR. По сути тот же VBR, но с ограничением не только «сверху» («Maximum Bitrate»), но ещё и «снизу» («Bitrate»). Функции выбора приоритета «скорость или качество» опять нет.

Вердикт: в плане выбора и настраиваемости CBR/VBR «не все йогурты одинаково полезны» 🙂

Внимание

При подключении к IP-видеокамере ПО видеонаблюдения может менять её настройки потоков – в т. ч. и уже заданные пользователем — под собственные нужды, что чревато увеличением размера потока или ухудшением качества. Проверяйте результирующий поток и получаемое изображение по факту подключения к ПО видеонаблюдения. Для этого есть различные методы, и один из них — вывести настройки оверлеем на изображении камеры.

Читайте также:  Как изменить скорость вентилятора видеокарты nvidia

Резюме

Мы рассмотрели один из факторов, оказывающий существенное влияние на эффективность и стабильность работы систем IP-видеонаблюдения и достаточно важный для проектировщиков таких систем. Один из серьёзных этапов проектирования системы IP-видеонаблюдения — расчёт станционного оборудования: видеосервера и рабочего места оператора. Тему влияния различных параметров на расчёт мы изучаем уже довольно давно и все эти исследования находят отражение в калькуляторе серверов. На сегодняшний день мы утверждаем — наш калькулятора видеосерверов учитывает все возможные особенности, которые накладывают режимы кодирования, выбранное ПО, тип сжатия и т.п. Причём как в части формирования архива, так и нагрузки на процессор сервера.

Битре́йт (от англ. bitrate ) — количество бит, используемых для передачи/обработки данных в единицу времени. Битрейт принято использовать при измерении эффективной скорости передачи потока данных по каналу, то есть минимального размера канала, который сможет пропустить этот поток без задержек.

Битрейт выражается битами в секунду (бит/c, bps), а также производными величинами с приставками кило- (кбит/с, kbps), мега- (Мбит/с, Mbps) и т. д.

Скорость передачи данных с использованием битов в секунду блока (символ: «бит/с»), часто применяется в сочетании с приставками из международной системы измерения единиц (СИ), такими как «кило» (1 кбит/с = 1000 бит/с), «мега» (1 Мбит/с = 1000 кбит/с), «гига» (1 Гбит/с = 1000 Мбит/с) или «тера» (1 Тбит/с = 1000 Гбит/с). Нестандартная аббревиатура «bps» часто используется для замены стандартного символа «бит/с», так что, например, «1 Мбит» используется для обозначения одного миллиона бит в секунду. Один байт в секунду (1 Б/с) соответствует восьми битам в секунду (8 бит/с). Кроме того, могут использоваться двоичные приставки киби-, меби-.

Содержание

Характеристики [ править | править код ]

В форматах потокового видео и аудио (например, MPEG и MP3), использующих сжатие c потерей качества, параметр «битрейт» выражает степень сжатия потока и, тем самым, определяет размер канала, для которого сжат поток данных. Чаще всего битрейт звука и видео измеряют в килобитах в секунду (англ. kilobit per second, kbps ), реже — в мегабитах в секунду (только для видео).

Существует три режима сжатия с потерями потоковых данных:

  • CBR (англ. Constant bitrate ) — с постоянным битрейтом;
  • VBR (англ. Variable bitrate ) — с переменным битрейтом;
  • ABR (англ. Average bitrate ) — с усреднённым битрейтом.

Постоянный битрейт [ править | править код ]

Постоянный битрейт — вариант кодирования потоковых данных, при котором пользователь изначально задаёт необходимый битрейт, который не меняется на протяжении всего файла.

Его главное достоинство — возможность довольно точно предсказать размер конечного файла.

Однако вариант с постоянным битрейтом не очень подходит для музыкальных произведений, звучание которых динамично изменяется во времени, так как не обеспечивает оптимального соотношения размер/качество.

Переменный битрейт [ править | править код ]

С переменным битрейтом кодек выбирает значение битрейта исходя из параметров (уровня желаемого качества), причём в течение кодируемого фрагмента битрейт может изменяться. При сжатии звука нужный битрейт определяется на основе психоакустической модели. Данный метод даёт наилучшее соотношение качество/размер выходного файла, однако точный его размер оказывается очень плохо предсказуем. В зависимости от характера звука (или изображения, в случае кодирования видео), размер полученного файла может отличаться в несколько раз.

Усреднённый битрейт [ править | править код ]

Усреднённый битрейт является гибридом постоянного и переменного битрейтов: значение в кбит/c задаётся пользователем, а программа варьирует его в некоторых пределах. Однако, в отличие от VBR, кодек с осторожностью использует максимально и минимально возможные значения, не рискуя выйти за заданную пользователем среднюю величину. Этот метод позволяет наиболее гибко задавать скорость обработки (для аудио это может быть любым числом между 8 и 320 кбит/с, против чисел, кратных 16 в методе CBR) и с гораздо большей (по сравнению с VBR) точностью предсказывать размер выходного файла.

MP3 [ править | править код ]

Формат MP3 сжатия аудио с потерями данных. Качество звука улучшается с увеличением битрейта:

  • 32 кбит/с — как правило, приемлемо только для речи
  • 96 кбит/с — как правило, используется для передачи речи или потокового звука низкого качества
  • 128 или 160 кбит/с — начальный уровень кодирования музыки
  • 192 кбит/с — приемлемое качество кодирования музыки
  • 256 кбит/с — высокое качество кодирования музыки
  • 320 кбит/с — наивысшее качество кодирования, поддерживаемое стандартом MP3
Ссылка на основную публикацию
Чем обработать сколы на машине от ржавчины
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте. 1. Если...
Хорошие характеристики для ноутбука
На сегодняшний день портативной электроникой никого не удивишь - персональным носимым компьютером имеют право именоваться не только планшеты, плееры и...
Хорошие щетки стеклоочистителя отзывы
Проверяем щетки стеклоочистителей. На испытаниях — 8 брендов. Сегодня можно определить к себе на службу дворника любой националь… простите, конструкции:...
Чем опасно низкое напряжение в сети
Эффект «проседания» входного напряжения ниже установленной нормы довольно распространенная проблема. Она более характерна для электроснабжения в сельской местности, но нередко...
Adblock detector